第2讲功能性低聚糖

功能性食品

第二讲河南工业大学粮油食品学院2/41本章主要内容：1.功能性低聚糖2.活性多糖3.功能性油脂4.活性肽与活性蛋白质5.其他活性成分重点及难点：功能因子结构特点、功能特性第二章

功能食品常见活性成分Chapter2

功能性食品活性成分

之

功能性低聚糖3/41功能因子：功能性食品中真正起生理作用的成分称功能因子，又称活性成分、功能成分。富含功能成分的配料称为功能性食品基料或活性配料。我国第三代、第二代功能性食品的根本区别就在于：前者功能成分清楚、结构明确、含量确定。4/41现已确定的功能因子：功能性碳水化合物：活性多糖、功能性低聚糖；功能性脂类：ε-3多不饱和脂肪酸、ε-6多不饱和脂肪酸；氨基酸、肽、蛋白质：牛磺酸、γ-氨基丁酸、大豆低聚肽、乳铁蛋白；维生素：矿物质：益生菌：5/41第一节：功能性低聚糖一、基本概念1.甜味剂（Sweetener）能赋于食品甜味的一种调味剂。2.功能性甜味剂（FunctionalSweetener）具有特殊生理功能或特殊用途的食品甜味剂，也可理解为可代替蔗糖应用在功能性食品中的甜味。3.功能性甜味剂含义基本含义：对健康无不良影响的，它解决了多吃蔗糖无益于身体健康的问题。更高层次含义：对人体健康起有益的调节或促进作用。6/414.功能性甜味剂分类1)

功能性单糖：包括结晶果糖、高果糖浆、L-糖等。2)功能性低聚糖：低聚异麦芽糖、异麦芽酮糖、低聚半乳糖、低聚果糖、乳酮糖、棉子糖、大豆低聚糖、低聚乳果糖、低聚木糖等。3)多元糖醇：赤藓糖醇、木糖醇、山梨糖醇、甘露糖醇、麦芽糖醇、异麦芽糖醇、氢化淀粉水解物等。4)强力甜味剂：三氯蔗糖、阿斯巴甜、甘草甜素、甜菊苷、罗汉果精、甜蜜素、安赛蜜等。甜度比较7/41蔗糖1.0异麦芽酮糖醇0.45果糖1.2~1.7乳糖醇0.45木糖醇1.0糖精(邻苯甲酰磺酰亚胺)300~500麦芽糖醇0.8阿斯巴甜(L-天冬氨酞-L-苯丙氨酸甲酯)200山梨醇0.6安赛蜜(乙酰磺胺酸钾、A-K糖)200甘露醇0.6甜蜜素(环己基氨基磺酸钠)30~50异麦芽酮糖0.5常见甜味剂甜度（与蔗糖对照）8/415.低聚糖（Oligosaccharide）1）概念：由2～10个单糖通过糖苷键连接而成的直链或支链低度聚合糖，又称寡糖。2）分类：以β-1，4糖苷键连接的低聚糖，称为直接低聚糖或普通低聚糖。如蔗糖、乳糖、麦芽糖、麦芽三糖和麦芽四糖；以α-1，6糖苷键连接的低聚糖，称为双歧增殖因子，这些低聚糖由于其糖分子相互结合的位置不同，因人体没有代谢这类低聚糖的酶系，所以就成为难消化性低聚糖，不产生热量，不能成为人体的营养源但对人体有特别的生理功能，所以称之为功能性低聚糖。3）区别：能否被人体胃酸和胃酶所降解并对人体有无特殊的生理功能。

9/416.功能性低聚糖（FunctionalOligosaccharide）2000年国家发布的“功能性低聚糖通用技术规则行业标准”中，规定功能性低聚糖定义为：(1)功能性低聚糖是由2-10个相同或不同的单糖，以糖苷键聚合而成；(2)具有糖类某些共同的特性，可直接代替糖料，作为甜食品配料，但不被人体胃酸、胃酶降解，不在小肠吸收，可到达大肠部；(3)具有促进人体双歧杆菌的增殖等生理功能。10/41功能性低聚糖包括低聚异麦芽糖、低聚半乳糖、低聚果糖、低聚乳果糖、乳酮糖、大豆低聚糖、低聚木糖、帕拉金糖、低聚龙胆糖。迄今为止，已知的功能性低聚糖有1000多种，自然界中只有少数食品中含有天然的功能性低聚糖，例如：洋葱、大蒜等含有低聚果糖，大豆中含有大豆低聚糖。目前，国际上已研究开发成功的有70多种。

功能性低聚糖替代或部分替代蔗糖而广泛应用在饮料、糖果、糕点、乳制品及调味料等多种食品中。

11/41二、低聚糖的生理功能（一）直接生理功能1.低热量，难消化

大多数功能性低聚糖的糖苷键不能被人体内的消化酶水解，摄食后难以消化吸收，因而能量值很低或为零。

2.低龋齿性

龋齿形成：有害微生物与葡萄糖转移酶。功能性低聚糖难以被唾液中的消化酶分解,不能被变异链球菌所利用,且又可在一定程度上抑制葡萄糖转移酶的作用,从而起到预防龋齿的作用。12/413.肠道中有益菌群双歧杆菌增殖

功能性低聚糖通过消化道不被酸和酶分解，直接进入大肠为双歧杆菌利用，使双歧杆菌得以迅速增加。每天摄入2～10g低聚糖持续数周后，人肠道中双歧杆菌平均增加7.5倍。4.降血脂、降胆固醇功能性低聚糖普遍具有难消化、甜度低及热量低的特性,所以不易转化为脂肪和胆固醇。13/41（二）间接生理功能1.抑制病原菌双歧菌产生的短链脂肪酸(乙酸：乳酸=3：2)，能防止外源性病原微生物的和内源性有害微生物的过度生长。对沙门氏菌、志贺氏杆菌、金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抑制作用。2.防止腹泻功能性低聚糖能降低病原菌的量，故它对腹泻有预防作用和治疗效果。3.防止便秘双歧菌的量增加，相应增加乙酸、乳酸的分泌量，刺激了肠的蠕动和通过渗透压增加粪便水分，故有防止便秘的作用。14/414.保护肝功能摄入低聚糖，有毒的代谢产物减少，从而减少了肝的去毒负担，故其对肝有保护作用。5.营养作用被双歧杆菌利用,生成烟酸、叶酸及B1、B2、B6、B12等多种维生素,还可促进Zn、Mg、Fe、Ca等多种微量元素吸收。促进微量元素吸收机理：功能性低聚糖在肠道被双歧杆菌发酵为短链脂肪酸，降低肠道pH值并与微量元素结合，增加了矿物质的溶解度；此外，通过对结肠膜细胞的刺激作用，提高肠道对矿物质的吸收能力。15/416.提高机体免疫力，抗肿瘤双歧杆菌在肠道内大量繁殖具有提高机体免疫功能和抗癌的作用。双歧杆菌细胞、细胞壁成分和胞外分泌物可增强免疫细胞的活性，促使肠道免疫蛋白A(IgA)浆细胞的产生，从而杀灭侵入体内的细菌和病毒，消除体内“病变”细胞，防止疾病的发生及恶化。16/41三、功能性低聚糖的结构、性质及其应用1.低聚异麦芽糖

α-1,4糖苷键

麦芽糖(α-1,4糖苷键)异麦芽糖(α-1,6糖苷键)MaltoseIsomaltose17/41潘糖异麦芽三糖α-1,4α-1,6α-1,6PanoseIsomaltotriose18/41低聚异麦芽糖是葡萄糖之间至少有一个以α-1,6糖苷键结合而成的单糖数在2～5不等的一类低聚糖。商品低聚异麦芽糖主要由异麦芽糖、潘糖、异麦芽三糖和四糖组成，占总糖的50%以上（IMO500）。又称分枝低聚糖，是功能低聚糖中产量最大、目前市场销售最多的一种。低聚异麦芽糖甜味温和，甜度是蔗糖的30～50%，粘度、水分活度、冰点下降情况与蔗糖相近。耐酸耐热性较强，浓度为50%的糖浆在pH3、120℃下长时间加热也不分解。19/41适合应用于饮料、罐头及高温处理和酸性食品，有优良的保水性和风味改善品质，有很好的双歧杆菌增殖效果。健康成人每天摄入20g持续一周，其肠道内双歧杆菌由14.8%增加至24.5%。保水性可抑制食品中的淀粉回生老化和结晶糖的析出，添加到面包类、糕点等以淀粉为主的食品中可延长保存期。20/412.低聚半乳糖

1）低聚半乳糖分子结构半乳糖Galactoseβ-乳糖Lactoseβ-D-半乳糖β-D-葡萄糖21/41β-乳糖Lactoseβ-D-半乳糖β-D-葡萄糖β-D-半乳糖OH2O低聚半乳糖Galactooligosaccharidesβ-(1→4)β-(1→6)22/412）低聚半乳糖性质及应用低聚半乳糖是在乳糖分子的半乳糖基上以β-(1→4)或β-(1→6)糖苷键连接1~4个半乳糖分子的寡糖类混合物。含有半乳糖基乳糖、半乳糖基葡萄糖、半乳糖基半乳糖等，属葡萄糖和半乳糖组成的杂低聚糖。动物乳汁中存在微量的低聚半乳糖，母乳中含量稍多。甜味纯正，热值较低，甜度为蔗糖的20～40%，保湿性极强。在pH为中性条件下有较高的热稳定性，100℃下加热1h无任何分解。低聚半乳糖同蛋白质共热会发生美拉德反应，可以用于特殊性质的食品如面包、糕点等的加工。目前低聚半乳糖已被广泛地应用于乳制品、面包、饮料、果酱、饴糖、软糖、糕点、酱料、酸味饮料等。23/413.低聚果糖

1)低聚果糖分子结构

蔗糖Fructose(1→2)蔗果三糖蔗果四糖蔗果五糖24/412）低聚果糖性质及应用低聚果糖又称低聚蔗果糖或寡果糖，是在蔗糖分子上以β-1,2糖苷键与1～3个果糖结合而成的低聚糖，主要由蔗果三糖、蔗果四糖、蔗果五糖组成的混合物。纯度为55～65%的低聚果糖，甜度约为蔗糖的60%；纯度为96%的低聚果糖甜度约为蔗糖的30%，且较糖甜味清爽。pH中性时，120℃条件下非常稳定；在pH3时，温度达到70℃以后，极易分解，稳定性明显降低。低聚果糖耐高温，抑制淀粉老化，保水性很好。低聚果糖可应用于饮料(发酵乳、乳饮料、咖啡、碳酸饮料等)、糕点、糖果、冷饮、冰淇淋、火腿等。25/414.棉籽糖(Raffinose)

是自然界中最知名的一种三糖，广泛存在于甜菜、棉籽中，是由α-Ｄ(+)-吡喃半乳糖（1→6）、α-Ｄ(+)-吡喃葡萄糖（1→2）、β-Ｄ(-)-呋喃果糖构成的三糖。在大部分的植物中都存在，它也被称为蜜三糖、蜜里三糖。

26/41白色结晶粉末，从水溶液结晶时带有五分子结晶水。无水呈长针状结晶体，为白色或淡黄色。缓慢加热100℃以上逐渐失去结晶水。棉子糖微带甜味，溶于水，微溶于酒精。棉子糖晶体即使在相对湿度90%的环境中也不会吸湿结快，这是棉子糖的一个显著特点。棉子糖是非还原糖，发生美拉德反应的程度较低；热稳定几乎与蔗糖相同，即使加热至140℃时仍保持稳定；在酸性条件下也很稳定。广泛用于糖果、糕点、粉状和片剂食品中。27/415.水苏糖(stachyose)比较受欢迎的一种功能原料，能显著促进双歧杆菌增殖，被誉为“超强双歧因子”。分子结构为半乳糖-半乳糖-葡萄糖-果糖，相对分子量666。由半乳糖、葡萄糖和果糖构成的非还原四糖。属于蔗糖的衍生产物，是棉子糖的同系物，在棉子糖的半乳糖C-6位羟基上以α-1,6-糖苷键再连接一个半乳糖。28/41从天然植物中精制提取的水苏糖纯品为白色粉末，味稍甜，甜度为蔗糖的22%，味道纯正，无任何不良口感或异味。溶于水，不溶于乙醚、乙醇等有机溶剂。水苏糖的保湿性和吸湿性均小于蔗糖。水苏糖无还原性。具有良好的热稳定性，但在酸性条件下热稳定性有所下降。水苏糖可直接或间接配制口服液、压片等作保健品用，也可添加于饮料、糖果、糕点、奶制品、调味品中。29/416.低聚木糖

β-(1→4)糖苷键木二糖木五糖木三糖木四糖30/41低聚木糖是由2～7个木糖以β-(1→4)糖苷键结合而构成的低聚糖，其中以二糖和三糖为主。低聚木糖的甜度约为蔗糖的50%，甜味纯正，类似蔗糖。低聚木糖对热和酸稳定性好，pH在2.5～8的范围内比较稳定，在100℃加热1h几乎不分解，不易被酵母利用。还具有降低水分活度的作用，与葡萄糖相近。低聚木糖它可应用于酸奶、乳酸菌饮料和碳酸饮料等酸性饮料中。31/417.大豆低聚糖

广泛存在于豆科植物中的碳水化合物，它是由蔗糖、棉子糖和水苏糖组成的混合物，占大豆总固形物的7～10%。液态大豆低聚糖为淡黄色、透明粘稠状液体；固体产品是淡黄色粉末，极易溶于水中。精制大豆低聚糖与蔗糖相近，甜度为蔗糖的70%。

名称水分水苏糖棉子糖蔗糖其它糖浆241883416颗粒32374423混合粉末31142260精制品243217522大豆低聚糖的一般组成单位：%（以干基计）32/41大豆低聚糖的热稳定性较强，140℃下不分解，优于蔗糖。大豆低聚糖的保湿、吸湿性比蔗糖小，水分活性接近于蔗糖，也能降低水分活性，抑制微生物繁殖。在食品中可起保鲜、保湿的作用。大豆低聚糖有明显抑制淀粉老化作用，防止产品变硬、延长货架保存期；非还原糖，可减少美拉德反应产生和营养素的损失。可应用于清凉饮料、酸奶、乳酸菌饮料、冰淇淋、面包、糕点、糖果、巧克力等食品中；在豆豉、大豆发酵饮料和醋等产品中，能增加豆腐甜味，消除豆豉氨臭。

33/418.低聚龙胆糖低聚龙胆糖是龙胆二糖、龙胆三糖、龙胆四糖的杂低聚糖，在低聚龙胆糖结构中连接单个葡萄糖的键是β-(1→6)糖苷键。具有柔和的提神苦味，比柑桔皮中柚皮苷的苦味更丰厚也更微妙，而且不会滞留在舌头上。低聚龙胆糖比蔗糖和麦芽糖有更好的保湿性，因此可以保持食品中的水分，从而防止淀粉类食品的老化。34/41四、功能性低聚糖加工方法从天然原料中提取用化学合成法制得酶学方法35/411.从天然原料中提取从天然原料中提取的未衍生低聚糖有：棉子糖(甜菜汁中)、大豆低聚糖等。但大多数天然原料中的低聚糖含量极低。对于衍生物，先纯化糖蛋白，再去掉蛋白质获得低聚糖，工艺操作费时，成本又高。36/412.化学合成法由于一些常见单糖，如葡萄糖、半乳糖和甘露糖等分子上有5个羟基，5个羟基的反应特性相似，这就意味着低聚糖合成时可以从5个方位连接延长，因而化学合成法需引入多步保护反应和去保护反应，比较烦琐、复杂。37/413.酶学方法根据不同酶制备低聚糖的机理，可分为三类：(1)转移糖苷合成法通过专一性极强的糖苷转移酶催化合成。该方法的局限性在于天然存在的糖苷转移酶含量极少且稳定性差。(2)可逆水解合成法用糖苷酶通过可逆水解反应催化单糖缩合成寡糖。该方法的缺点是受体底物的特异性不高，合成得率较低，需酶浓度高，反应时间长。38/41(3)酶水解法用聚糖酶降解高分子多糖，生成短链的低聚糖。如用甘露聚糖酶水解甘